上新 | 终结实验 “拉锯战”！无细胞蛋白表达系统一步到位
蛋白质作为生命活动的主要执行者，其功能覆盖催化、结构支撑、信号转导、免疫识别等几乎所有生物学过程，其表达效率与质量直接决定下游研究、诊断或治疗的可靠性。无细胞蛋白表达技术（Cell-Free Protein Synthesis, CFPS）通过重构体外转录翻译体系，不仅完美解决传统细胞体系蛋白表达流程繁琐、耗时冗长的痛点，而且还成功突破膜蛋白表达量低、毒性蛋白引发细胞致死等技术瓶颈。
图1. 无细胞蛋白表达系统图示[1]
无细胞蛋白表达系统是什么？
无细胞蛋白表达系统是以外源mRNA或DNA为模板，在细胞抽提物或蛋白表达所必须的酶和辅因子重构体系中利用氨基酸与能量物质合成蛋白质的体外表达系统。该系统包含蛋白表达所需要的全部核心组件，摆脱了细胞生长代谢的干扰和细胞封闭环境的限制，能够在体外实现蛋白的快速、高效、大量表达。目前常见的无细胞蛋白表达系统包括大肠杆菌系统、麦芽胚系统、兔网织红细胞系统、昆虫细胞系统等。
表1.不同无细胞表达系统对比[2]
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来源 |
优点 |
缺点 |
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大肠杆菌 |
蛋白质产量高、提取物制备简便、遗传背景清晰、基因操作简便、能量供应成本低 |
缺少翻译后修饰手段 |
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麦芽胚 |
蛋白质可溶性较强、可表达毒性蛋白质、蛋白质产量高 |
提取物制备耗时长且复杂、基因操作困难 |
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兔网织红细胞 |
细胞易破碎、能进行真核特异性翻译后修饰、可表达毒性蛋白质 |
蛋白质产量低、动物组织处理复杂、蛋白质合成范围窄、基因操作困难，背景mRNA多 |
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昆虫细胞 |
细胞易破碎、能进行真核特异性翻译后修饰、可表达膜蛋白 |
制备耗时长且成本高、基因操作困难、蛋白质产量较低，无细胞体系中需要更多的裂解物 |
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酵母 |
不受多种解偶联剂、离子载体或抑制剂的影响，适合翻译表达糖基化蛋白 |
源菌株中存在影响CFPS的酶、蛋白质产量较低 |
无细胞蛋白表达系统的优势
表达快速：一步法，可在几小时到一天内表达蛋白。
操作简单：省去传统细胞表达转染、培养等步骤，仅需将模板与反应组分混合即可制备蛋白。
适用面广：可表达细胞因子、抗体、膜蛋白、毒性蛋白、包涵体蛋白等多种蛋白。
稳定性高：免受细胞状态波动或其他杂质干扰，批次间稳定性高。
开放反应体系：便于改变各项反应条件，有利于调控基因的转录，蛋白质的合成和翻译后修饰，避免包涵体的形成。
可与自动化设备结合：在多孔板（如96孔板），可进行自动化高通量蛋白表达，满足短时间内高通量蛋白筛选的需求，适合酶定向进化筛选、AI蛋白制造等领域。
图2.传统细胞表达体系和无细胞蛋白表达系统对比[3]
无细胞蛋白表达系统应用
1.快速蛋白制备与功能验证
针对难表达蛋白（如膜蛋白、富含二硫键蛋白、毒性蛋白），无细胞系统可规避细胞内毒性抑制、折叠错误等问题，快速获得活性蛋白，为酶学机制研究、蛋白结构解析、蛋白-配体相互作用分析提供核心材料，大幅缩短实验周期。
2.高通量基因筛选与功能基因组学
结合96、384孔板等高通量平台，可满足快速筛选高通量蛋白的需求，广泛应用于代谢通路解析、药物靶点筛选、AI蛋白制造等研究领域。
1.治疗性蛋白/抗体的快速研发
针对单克隆抗体、抗体片段（scFv）、细胞因子（如 IL-2、TNF）等生物药，无细胞系统可实现快速表达与活性验证，加速药物候选分子的筛选与优化，同时支持多蛋白共表达，可直接制备抗体-药物偶联物（ADC）、双特异性抗体等复杂药物分子。
2.疫苗研发与应急响应
在病毒疫苗（如流感、新冠病毒）研发中，可快速表达病毒抗原，用于疫苗候选物的制备与免疫原性评估。突发传染病疫情时，无需细胞培养扩增，可在数小时内启动抗原表达，大幅缩短疫苗研发周期。
3.毒性蛋白与难表达药物靶点制备
对于细胞内表达会导致宿主死亡的毒性蛋白（如细菌毒素、病毒蛋白酶），无细胞系统可通过体外合成避免毒性影响，为抗毒素药物、抗病毒药物的靶点验证提供关键材料。
1.工业酶制剂的高效生产
针对纤维素酶、脂肪酶、聚合酶等工业用酶，无细胞系统可通过优化反应体系（如添加辅酶、稳定剂）提升酶活性与稳定性，且产物分离纯化流程简单（无细胞破碎步骤），降低生产成本，支持连续流反应模式，实现酶制剂的规模化生产。
2.生物催化剂与合成生物学应用
可通过多酶共表达构建体外代谢通路（如合成淀粉、生物燃料、高价值化合物），精准调控各酶的表达比例，提高合成效率，尤其适用于有毒中间产物的代谢通路重构，避免细胞内毒性和代谢干扰。
5981cc万洲国际无细胞蛋白表达系统试剂盒系列产品
5981cc万洲国际无细胞蛋白表达系统试剂盒系列产品，基于遗传背景明确的大肠杆菌体系开发而成。该系列产品兼具蛋白产量高，操作流程简便，表达效率优异，抗污染能力突出，且易于规模化放大等核心优势，同时灵活适配多种类型蛋白表达，可广泛应用于酶定向进化筛选、蛋白质互作研究、AI蛋白训练等前沿研究场景，为相关领域研究提供稳定可靠的技术支撑。
使用5981cc万洲国际无细胞蛋白表达系统试剂盒系列产品，您只需将模板与反应组分混合即可实现目的蛋白质的快速、高效表达。
另外，试剂盒额外附赠PC质粒，方便您能直观地评估试剂盒的性能。
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大肠杆菌来源：遗传背景清晰，蛋白质产量高。
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表达效率高：一步反应，最快只需要1小时即可表达目的蛋白。
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模板灵活：支持线性模板、质粒模板以及PCR产物。
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蛋白产量高：最高可实现3 mg/mL以上产率的蛋白制备。
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蛋白共表达：可在同一反应中进行多目的蛋白的同时表达。
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支持高通量：可在96孔板中进行反应，阳性表达验证后可实现反应体系的规模化放大。
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适用种类多：可表达各种类型的蛋白，包括富含二硫键的蛋白、膜蛋白等。
某蛋白A
图2. 相同实验条件下,5981cc万洲国际无细胞蛋白表达系统试剂盒和国内以及国外竞品N表达某蛋白A SDS-PAGE鉴定对比，结果显示5981cc万洲国际无细胞蛋白表达系统试剂盒优于国内以及国外竞品N。
某蛋白B
图3. 相同实验条件下,5981cc万洲国际无细胞蛋白表达系统试剂盒和国内竞品表达某蛋白B SDS-PAGE鉴定对比，结果显示5981cc万洲国际无细胞蛋白表达系统试剂盒更优。
选购指南
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产品名称 |
适用场景 |
产品货号 |
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Cell Free Protein Expression Kit (Standard） 无细胞蛋白表达系统试剂盒（基础型） |
大多数蛋白包括抗体、酶的表达 |
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Cell Free Protein Expression Kit (Pro) 无细胞蛋白表达系统试剂盒（增强型） |
绝大多数蛋白包括膜蛋白、全长抗体 |
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Cell Free Protein Expression Kit (HT) 无细胞蛋白表达系统试剂盒（高通量版） |
蛋白、酶、抗体的高通量筛选 |
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Cell Free Protein Expression Kit (Ab) 无细胞蛋白表达系统试剂盒（全长抗体版） |
全长lgG抗体、Fab抗体、抗体高通量筛选 |
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参考文献：
[1] Maharjan A, Park JH. Cell-free protein synthesis system: A new frontier for sustainable biotechnology-based products. Biotechnol Appl Biochem. 2023;70(6):2136-2149.
[2] 张裕，周化岚，张建国等.无细胞蛋白质表达系统的优化与应用[J]生命的化学,2022, 42(8): 1493-1501.
[3] Khushal Khambhati，Gargi Bhattacharjee，Nisarg Gohil, et al.Exploring the Potential of Cell-Free Protein Synthesis for Extending the Abilities of Biological Systems[J]Front. Bioeng. Biotechnol, 2019;7.
